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Lebensmittelkonforme Dichtungswerkstoffe

Für die ganze Welt
Lebensmittelkonforme Dichtungswerkstoffe

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Rainer Kreiselmaier (Director Technical Service and Innovation) und Julia Frank (Application Engineer Technical Service and Innovation) bei der Arbeit am Prüfstand von Freudenberg Sealing Technologies Bild: Freudenberg Sealing Technologies
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Freudenberg Sealing Technologies hat spezielle Werkstoffe für den weltweiten Einsatz von Dichtungen in Anlagen der Lebensmittelindustrie entwickelt, die sowohl die US- und die EU-Vorschriften als auch die chinesischen Normen GB 4806 und GB 9685 erfüllen. Hierfür waren neue Rezepturen sowie erweiterte Tests der bisher eingesetzten Elastomere erforderlich, da die diversen Regularien teilweise deutliche Unterscheidungen aufweisen.

Die Herstellung und Verarbeitung von Lebensmitteln stellt höchste Ansprüche an Hygiene und Sauberkeit. Zudem muss sichergestellt sein, dass durch die mit dem Produkt in Kontakt kommenden Materialien keine Schadstoffe in das Produkt gelangen. Um Verbraucher zu schützen, gibt es daher weltweit gesetzliche Vorgaben, welche Inhaltsstoffe mit Lebensmitteln in Berührung kommen dürfen. Diese sogenannten Positivlisten unterscheiden sich aber je nach Land voneinander. Dadurch sind zum Beispiel Dichtungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie nicht universell einsetzbar. Ein nicht zu unterschätzendes Problem, da viele Hersteller für den globalen Markt produzieren. Freudenberg Sealing Technologies hat aus diesem Grund EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk)-Werkstoffe sowie weitere bewährte elastomere Werkstoffe für den weltweiten Einsatz in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie getestet.

Normenkonformität

Die seit 2016 für China geltenden Normen GB 4806 und GB 9685 weichen von den maßgeblichen US- und EU-Vorschriften erheblich ab. Vor allem die in der Norm GB 9685 gelisteten Inhaltsstoffe, die in einer produktberührenden Dichtung enthalten sein dürfen, unterscheiden sich deutlich. Eine Vielzahl der Inhaltsstoffe, die konform nach FDA (Food and Drug Administration) und den relevanten europäischen Regelungen zur Erfüllung der EU (VO) 1935/2004 für Elastomere sind, ist in der Positivliste für China nicht aufgeführt. Hiervon sind beispielsweise Rohstoffe aus der Klasse der Vernetzerchemikalien und der Alterungsschutzmittel betroffen. Dieser Umstand reduziert die Möglichkeiten der Rezeptgestaltung in erheblichem Maße. Eine Ergänzung der Positivliste ist zwar prinzipiell möglich, gestaltet sich in der Praxis allerdings schwierig. Der hohe Aufwand für toxikologische Untersuchungen jedes Rohstoffs stellt hier eine wesentliche Hürde dar, die insbesondere von den Elastomer-Herstellern alleine nicht absolviert werden kann. Für eine globale Lebensmittelfreigabe müssen daher neue Materialkombinationen auf Basis der chinesischen Vorgaben entwickelt, beziehungsweise bewährte Materialien auf ihre Konformität mit den Normen geprüft werden.

Herausforderung für Entwickler

Aufgrund seiner sehr guten Beständigkeit in Heißwasser, Dampf, Säuren und Laugen, ist EPDM mit einem Anteil von ungefähr 70 % der weitverbreitetste Werkstoff für Anwendungen in der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung. Um EPDM-Werkstoffe mit einer globalen Lebensmittelkonformität bereitstellen zu können, haben die Materialentwickler von Freudenberg Sealing Technologies zunächst die einzelnen Bestandteile bewährter US- und EU-konformer Materialkombinationen mit der chinesischen Positivliste verglichen. Dann begann die Herausforderung, aus den begrenzt zur Verfügung stehenden gelisteten Stoffen Materialien zu entwickeln, die einerseits den hohen Anforderungen an die Alterungs- und Medienbeständigkeit genügen, andererseits nahezu weltweit einsetzbar sind. Das Resultat der Entwicklungsarbeit ist eine Auswahl an Werkstoffen, die für den chinesischen Markt zugelassen ist und gleichzeitig als gute Lösung für den globalen Markt verwendet werden kann.

EPDM-Hochleistungswerkstoffe

Die drei neu entwickelten Materialmischungen 70 EPDM 382, 75 EPDM 386 und 85 EPDM 387 bieten eine mit den bewährten lebensmittelkonformen Elastomeren vergleichbar hohe Alterungs- und Medienbeständigkeit. Zum Portfolio gehören ebenfalls die beiden etablierten Werkstoffvarianten 60 EPDM 217952 und 70 EPDM 217937 für die Herstellung von Membranen. Beide Materialgruppen haben die umfangreichen und durch die chinesische Norm GB 4806 erweiterten sensorischen Prüfungen und Migrationstests für Dichtungswerkstoffe erfolgreich durchlaufen. Zudem erfüllen alle geprüften Premiumelastomere die hohen Anforderungen der Lebensmittelindustrie hinsichtlich der Resistenz gegenüber Prozess- und Reinigungsmedien.

VMQ-Silikonkautschuke

Nicht für alle Lebensmittelanwendungen ist EPDM das richtige Material. Wenn es um Prozesse geht, in denen fetthaltige Medien, wie zum Beispiel Milchprodukte, verarbeitet werden, kommen fettbeständigere Dichtungswerkstoffe zum Einsatz. Um für diese Anwendungen Materialien mit globaler Freigabe anbieten zu können, hat Freudenberg Sealing Technologies etablierte Materialien auf Grundlage der chinesischen Vorgaben geprüft. Die beiden VMQ-Silikonkautschuke 70 VMQ 117055 und 60 VMQ 117117 entsprechen den Anforderungen in jeder Hinsicht. Beide Silikone liegen bei der Migrationsmessung mit einem Ergebnis von  1 mg/dm2 weit unter dem vorgegebenen Limit von ≤ 10 mg/dm2. Gleichzeitig verfügen sie über gute Beständigkeit gegenüber CIP-/SIP-Medien und sind auch in einem hohen Temperaturbereich einsetzbar.

Anwendungsnahe Tests

Neben den zur Überprüfung der Konformität mit den US-, EU- und chinesischen Vorschriften obligatorischen Prüfungen führt der Dichtungsspezialist zusätzliche anwendungsnahe Tests in seinen Laboren durch. Diese sollen sicherstellen, dass die entsprechenden Werkstoffe den besonders anspruchsvollen Anforderungen der Lebensmittelindustrie hinsichtlich der Resistenz gegenüber Prozess- und Reinigungsmedien erfüllen. Reinigungsmedien auf Basis von Säuren, Laugen und Peroxiden stellen für Dichtungswerkstoffe teilweise eine größere Herausforderung dar, als das Produktmedium selbst. Für Einlagerungsversuche werden die Prüflinge über einen Zeitraum von 168 beziehungsweise 672 h verschiedenen Medien ausgesetzt und im Anschluss auf ihre Eigenschaften untersucht.

Vergleicht man den nicht China-konformen EPDM 291 mit den beiden konformen Werkstoffen EPDM 386 und 387, so zeigen sich bei der Einwirkung basischer und saurer Reinigungsmedien nur moderate Massen- und Volumenänderungen sowie geringe Änderungen der mechanischen Eigenschaften Dehnung, Modul und Zugfestigkeit. Auch unter Einwirkung von Dampf bei 160 °C bleibt dieses Bild erhalten – die Ergebnisse der China-konformen Werkstoffe EPDM 386 und 387 sind mit dem nicht China-konformen EPDM 291 bei 180 °C vergleichbar. Dies ist – vor dem Hintergrund der limitierten Auswahl an Inhaltsstoffen – ein sehr gutes Ergebnis.

Breites Portfolio

Mit den geprüften Dichtungswerkstoffen stehen dem Markt Materialien für den weltweiten Einsatz in der Lebensmittelindustrie zur Verfügung. Sie entsprechen den maßgeblichen Normen und bieten nachgewiesenermaßen eine lange Lebensdauer und gute Medienbeständigkeit. Sowohl die EPDM- als auch die VMQ-Werkstoffe sind als O-Ringe, Membranen und kundenspezifische Teile verfügbar. Einige Werkstoffe eignen sich zudem für die drehtechnische Herstellung von Produkten. Auf diese Weise lassen sich mit dem Freudenberg Xpress Service Kleinserien, Ersatzteile und Prototypen wirtschaftlich produzieren.

Freudenberg Sealing Technologies GmbH & Co. KG, Weinheim

Die Einlagerung in basische und saure Reinigungsmedien führt zu moderaten Änderungen der physischen und mechanischen Eigenschaften
Bild: Freudenberg Sealing Technologies
Die Ergebnisse bestätigen vergleichbare Eigenschaften mit bewährten Werkstoffen
Bild: Freudenberg Sealing Technologies

Autor: Dr. Christian Geubert

Global Manager Application Engineering,

Freudenberg Sealing Technologies

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